نواة الملكية الفكرية لأشباه الموصلات

تُقدَّم وحدات الملكية الفكرية عادةً على شكل RTL قابل للتصنيع بلغة وصف الأجهزة مثل Verilog أو VHDL . وهي تُشابه لغات البرمجة منخفضة المستوى مثل C في مجال برمجة الحاسوب. تُمكّن وحدات الملكية الفكرية المُسلَّمة لمصممي الرقائق بصيغة RTL هؤلاء المصممين من تعديل التصاميم على المستوى الوظيفي، مع العلم أن العديد من موردي الملكية الفكرية لا يُقدمون أي ضمان أو دعم للتصاميم المُعدَّلة.

تُقدَّم وحدات الملكية الفكرية أحيانًا على شكل قوائم توصيل عامة على مستوى البوابات . تُمثِّل قائمة التوصيل هذه تمثيلًا جبريًا منطقيًا للوظيفة المنطقية لوحدة الملكية الفكرية، مُنفَّذة كبوابات عامة أو خلايا قياسية خاصة بعملية التصنيع . يمكن تجميع وحدة الملكية الفكرية المُنفَّذة كبوابات عامة لأي تقنية تصنيع. تُشابه قائمة التوصيل على مستوى البوابات قائمة كود التجميع في مجال برمجة الحاسوب. تُوفِّر قائمة التوصيل لمورِّد وحدة الملكية الفكرية حماية معقولة ضد الهندسة العكسية. انظر أيضًا: حماية تصميم تخطيط الدوائر المتكاملة .

يُطلق على كل من قائمة الشبكة والوحدات القابلة للتركيب اسم الوحدات البرمجية لأن كليهما يسمح بتدفق تصميم التركيب والوضع والتوجيه ( SPR ).

النوى الصلبة (أو وحدات الماكرو الصلبة) هي نوى ملكية فكرية تناظرية أو رقمية لا يمكن لمصممي الرقائق تعديل وظائفها بشكل كبير. تُعرَّف هذه النوى عمومًا بأنها وصف فيزيائي منخفض المستوى خاص بتقنية تصنيع معينة. توفر النوى الصلبة عادةً إمكانية تنبؤ أفضل بأداء توقيت الرقاقة ومساحتها لتقنيتها الخاصة.

تُوزَّع الدوائر المنطقية التناظرية والمختلطة عادةً على شكل وحدات صلبة. ولذلك، تُقدَّم وحدات الملكية الفكرية التناظرية ( مثل SerDes و PLLs و DAC و ADC و PHYs وغيرها) لمصنِّعي الرقائق بتنسيق تخطيط الترانزستور (مثل GDSII ). كما تُقدَّم وحدات الملكية الفكرية الرقمية أحيانًا بتنسيق التخطيط أيضًا.

يجب أن تلتزم تصميمات الترانزستورات منخفضة المستوى بقواعد تصميم عملية التصنيع الخاصة بالشركة المستهدفة . لذلك، لا يمكن نقل النوى الصلبة المصممة لعملية تصنيع معينة بسهولة إلى عملية تصنيع أو شركة أخرى. تقدم شركات تصنيع الرقائق التجارية (مثل IBM و Fujitsu و Samsung و TI وغيرها) وظائف IP ماكرو صلبة متنوعة مصممة خصيصًا لعمليات التصنيع الخاصة بها، مما يساعد على ضمان ولاء العملاء .

تعتمد العديد من أشهر وحدات الملكية الفكرية (IP cores) على تصميمات المعالجات الدقيقة البرمجية . وتتنوع مجموعات تعليماتها من معالجات صغيرة 8 بت، مثل 8051 و PIC ، إلى معالجات 32 بت و64 بت، مثل معمارية ARM أو معمارية RISC-V . تُشكل هذه المعالجات "عقول" العديد من الأنظمة المدمجة . وعادةً ما تستخدم مجموعات تعليمات RISC بدلاً من مجموعات تعليمات CISC مثل x86، نظرًا لقلة الحاجة إلى المنطق، مما يُؤدي إلى تصميمات أصغر حجمًا. علاوة على ذلك، تُولي شركتا Intel وAMD، الرائدتان في مجال x86، اهتمامًا بالغًا لحماية الملكية الفكرية لتصميمات معالجاتهما، ولا تُطبقان هذا النموذج التجاري على خطوط معالجاتهما الدقيقة x86-64 .

تُستخدم وحدات الملكية الفكرية (IP cores) أيضًا في العديد من وحدات التحكم الطرفية، مثل PCI Express و SDRAM و Ethernet و LCD و AC'97 audio و IEEE 1394 و AGP و USB . تتطلب العديد من هذه الواجهات وجود كلٍ من الدوائر المنطقية الرقمية ووحدات الملكية الفكرية التناظرية لتشغيل واستقبال الإشارات عالية السرعة أو الجهد أو المقاومة خارج الشريحة.

يتم أيضًا ترخيص وحدات الملكية الفكرية المنطقية الرقمية "المبرمجة" (على عكس المعالجات الدقيقة البرمجية القابلة للبرمجة الموصوفة أعلاه) للوظائف الثابتة مثل فك تشفير الصوت MP3 ، ووحدة معالجة الرسومات ثلاثية الأبعاد ، وتشفير/فك تشفير الفيديو الرقمي ، ووظائف معالجة الإشارات الرقمية الأخرى مثل FFT و DCT أو ترميز Viterbi .

تتفاوت أحجام مطوري ومرخصي الملكية الفكرية الأساسية من الأفراد إلى الشركات العملاقة التي تبلغ قيمتها مليارات الدولارات. ويتواجد المطورون، بالإضافة إلى عملائهم من مصنعي الرقائق، في جميع أنحاء العالم.

الملكية الفكرية للسيليكون ( SIP ، أو الملكية الفكرية للسيليكون ) هي نموذج أعمال لشركات أشباه الموصلات، حيث تقوم بترخيص تقنيتها لعميلها كملكية فكرية . تُعرف الشركة التي تتبنى هذا النموذج باسم شركة أشباه موصلات بدون مصنع ، فهي لا تُزوّد ​​عملاءها برقائق مادية، بل تُسهّل عليهم تطوير رقائقهم من خلال توفير وحدات وظيفية محددة. عادةً ما يكون العملاء شركات أشباه موصلات أو مطوري وحدات لديهم أقسام تطوير أشباه موصلات داخلية. قد تلجأ الشركة الراغبة في تصنيع جهاز معقد إلى ترخيص حقوق استخدام وحدات وظيفية مجرّبة وموثوقة من شركة أخرى، مثل المعالج الدقيق ، بدلاً من تطوير تصميمها الخاص، الأمر الذي يتطلب وقتًا وتكلفة إضافيين.

شهدت صناعة الملكية الفكرية للسيليكون نموًا مستقرًا لسنوات عديدة. ومن أوائل شركات الملكية الفكرية للسيليكون التي تأسست في تسعينيات القرن الماضي وأوائل الألفية الثانية: Virtual Chips وSand Microelectronics (واستحوذت عليهما Phoenix Technologies ) ^{[ 3 ] [ 4 ]} وIntegrated Intellectual Property (I2P) (واستحوذت عليها Lattice Semiconductor ) ^{[ 5 ]} وIngot Systems (واستحوذت عليها Virage Logic ) ^{[ 6 ]} . ركزت الملكية الفكرية للسيليكون التي طورتها هذه الشركات على معايير مثل PCI و USB و IEEE 1394 (Firewire) و AGP و DDR3 . وفي الآونة الأخيرة، برزت شركتا ARM Holdings و Synopsys كأنجح شركات الملكية الفكرية للسيليكون، والتي يُشار إليها غالبًا باسم "الملكية الفكرية الرائدة ". وقدّرت مجموعة غارتنر القيمة الإجمالية للمبيعات المتعلقة بالملكية الفكرية للسيليكون بنحو 1.5 مليار دولار أمريكي في عام 2005، مع توقع نمو سنوي بنحو 30% ^{[ 7 ] .}

منذ حوالي عام 2000، يقدم موقع OpenCores.org العديد من النوى البرمجية، معظمها مكتوب بلغة VHDL و Verilog . جميع هذه النوى متاحة بموجب تراخيص برمجيات حرة ومفتوحة المصدر ، مثل رخصة جنو العمومية العامة أو تراخيص مشابهة لرخصة BSD . ^{[ 10 ]} منذ عام 2010، أدت مبادرات مثل RISC-V إلى توسع هائل في عدد نوى الملكية الفكرية المتاحة (حوالي 50 نواة بحلول عام 2019 ^{[ 11 ]} ). وقد ساهم ذلك في تعزيز التعاون في تطوير تصاميم آمنة وفعالة. ^{[ 12 ]}